超寬帶技術(shù)UWB(Ultra Wideband)始于20世紀(jì)60年代興起的脈沖通信技術(shù),，利用頻譜極寬的超短脈沖進(jìn)行通信,，又稱為基帶通信,、無載波通信,。由于其具有低功耗,、高帶寬、高傳輸速率,、低復(fù)雜性,、抗多徑能力強(qiáng)、發(fā)射信號功率譜密度低,、安全性高等優(yōu)點(diǎn),，預(yù)計(jì)未來幾年UWB技術(shù)將在和人們生活密切相關(guān)的數(shù)字家電和消費(fèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中得到推廣，在有線電視網(wǎng)絡(luò)及家庭網(wǎng)絡(luò)中會(huì)得到廣泛應(yīng)用,。

　　一,、超寬帶技術(shù)的基本原理

　　2002年2月，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)修訂了第15標(biāo)準(zhǔn),，定義UWB信號為相對帶寬(信號帶寬與中心頻率之比)大于0.2,，或在傳輸?shù)娜魏螘r(shí)刻絕對帶寬不小于500MHz的信號，其中信號帶寬定義為：低于最高發(fā)射功率10dB的截止頻率間的帶寬,。FCC還規(guī)定,，UWB的使用頻段范圍是 3.1～10.6GHz，且其發(fā)射功率必須在1mW以下,。

　　同傳統(tǒng)通信系統(tǒng)相比,，超寬帶系統(tǒng)是有著其獨(dú)特之處的。從時(shí)域上講,，一般的通信系統(tǒng)是通過發(fā)送射頻載波進(jìn)行信號調(diào)制,，而UWB是利用起、落點(diǎn)的時(shí)域脈沖(幾十納秒)直接實(shí)現(xiàn)調(diào)制,，超寬帶的傳輸把調(diào)制信息過程放在一個(gè)非常寬的頻帶上進(jìn)行,，而且以這一過程中所持續(xù)的時(shí)間來決定帶寬所占據(jù)的頻率范圍。從頻域上講,，超寬帶有別于傳統(tǒng)的窄帶和寬帶,，它的頻帶更寬。窄帶是指相對帶寬小于1%,，相對帶寬在1%～25%之間的被稱為寬帶,，相對帶寬大于25%，而且中心頻率大于500MHz的被稱為超寬帶,。

　　二,、超寬帶技術(shù)在家庭網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

　　1.家庭網(wǎng)絡(luò)

　　家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由有線系統(tǒng)和無線系統(tǒng)綜合構(gòu)成。其中,，有線系統(tǒng)采用國際數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE 1394b,，在IEEE 1394b基礎(chǔ)上,，家庭網(wǎng)絡(luò)無線系統(tǒng)引入了頻譜高效率的超寬帶脈沖無線電技術(shù)，可提供靈活性和移動(dòng)性的寬帶無線接入,。直擴(kuò)序列超寬帶的家庭網(wǎng)絡(luò)把移動(dòng)高速高性能無線網(wǎng)無縫隙的擴(kuò)展至有線1394骨干網(wǎng),。

　　2.直接序列超寬帶通信子網(wǎng)技術(shù)

　　采用單頻帶體制的DS-UWB系統(tǒng)是家庭網(wǎng)絡(luò)比較理想的方案。DS-CDMA建議采用了雙頻帶(3.1～5.15GHz加 5.825～10.6GHz)的方法,，即在每個(gè)超過1GHz的頻帶內(nèi)用極短時(shí)間脈沖傳輸數(shù)據(jù),，該方法也稱為脈沖無線電。DS-UWB無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,。

　　與無線1394網(wǎng)橋綜合的家庭網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)支持IEEE1394固定連接和DS-UWB無線連接,。無線UWB總線系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是呈現(xiàn)星形，HUB 位置不是固定不變,，管理所有掛在無線總線上的子站,，負(fù)責(zé)維護(hù)幀結(jié)構(gòu)，分配周期定時(shí)信息,。要監(jiān)控在總線注冊的子站狀態(tài),，在子站和子站間廣播通信質(zhì)量信息，顯示同步和等時(shí)模式子站的時(shí)隙安排,，控制多址接入過程,，保證輸出功率在某一電平之下。數(shù)據(jù)流的傳輸是自組織網(wǎng)絡(luò)中對等通信的模式,，當(dāng)一對子站之間直接鏈路被阻隔時(shí),，子站和HUB也可以承擔(dān)中繼多條數(shù)據(jù)的功能。

　　直接序列超寬帶系統(tǒng)的物理層采用二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制技術(shù),，為了避免多徑衰落的影響,，使用RAKE接收機(jī)接收信號。其多址接入技術(shù)采用直擴(kuò)碼分多址技術(shù),。由于UWB信號產(chǎn)生的特殊性,，其脈沖成型技術(shù)為甚窄高斯單周脈沖，并使用空時(shí)編碼對其進(jìn)行編碼,。典型高斯單周脈沖寬帶為0.2～2.0 ns,，脈沖間隔為10～100ns，脈沖位置可以是等間隔,、隨機(jī)或偽隨機(jī)間隔,。

　　直接序列超寬帶系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈路控制層(DLC)是由一系列幀長為1394周期數(shù)倍的DLC幀構(gòu)成的，該幀由管理區(qū)域,、數(shù)據(jù)區(qū)域,、隨機(jī)區(qū)域等組成。數(shù)據(jù)鏈路控制層把資源分成兩部分，分別是用于等時(shí)時(shí)隙的預(yù)留帶寬和用于同步時(shí)隙的動(dòng)態(tài)帶寬,。UWB總線協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖2,。

　　直接序列超寬帶的1394匯聚層(CL)含有IEEE1394特定業(yè)務(wù)會(huì)聚子層(SSCS)和公共部分會(huì)聚子層(CPCS)，它類似IEEE1394b鏈路層,，負(fù)責(zé)1394事務(wù)處理層和UWB低層次之間的映射,。

　三、超寬帶技術(shù)在有線電視網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

　　1.有線電視網(wǎng)絡(luò)及高清晰度電視技術(shù)

　　有線電視網(wǎng)是高效廉價(jià)的綜合網(wǎng)絡(luò),，它具有頻帶寬,、容量大,、多功能,、成本低、抗干擾能力強(qiáng),、支持多種業(yè)務(wù)連接千家萬戶的優(yōu)勢,，它的發(fā)展為信息高速公路的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。有線電視網(wǎng)成為最貼近家庭的多媒體渠道,，只不過它目前還是靠同軸電纜向用戶傳送電視節(jié)目,，還處于模擬水平。高清晰度電視,，屬于數(shù)字電視的最高標(biāo)準(zhǔn),，擁有最佳的視頻、音頻效果,。它與當(dāng)前采用模擬信號傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)電視系統(tǒng)不同,，采用了數(shù)字信號傳輸。由于高清晰度電視從電視節(jié)目的采集,、制作到電視節(jié)目的傳輸,，以及到用戶終端的接收全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，因此給我們帶來了極高的清晰度,，除此之外,，信號抗噪能力也大大加強(qiáng)。數(shù)字電視具有高清晰畫面,、高保真立體聲伴音,、電視信號可以存儲(chǔ)、可與計(jì)算機(jī)完成多媒體系統(tǒng),、頻率資源利用充分等多種優(yōu)點(diǎn),，成為家庭影院的主力。

 　　2.有線電視網(wǎng)絡(luò)中的超寬帶技術(shù)應(yīng)用

　　交互式電視點(diǎn)播系統(tǒng)和高清晰度電視業(yè)務(wù)的碼率高,、數(shù)據(jù)量大,，需要占用很大的帶寬和網(wǎng)絡(luò)資源，而數(shù)量巨大的用戶數(shù)引起了資源的短缺,。為了解決有線電視網(wǎng)絡(luò)的帶寬問題,，引入超寬帶技術(shù),，因?yàn)樗褂脽o載波結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)配置成本低,，只需要在系統(tǒng)前端和用戶側(cè)增加相應(yīng)裝置,，就可以在不改變現(xiàn)有有線電視網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上傳輸U(kuò)WB數(shù)據(jù)流。

　　UWB技術(shù)具有類噪聲特性,，傳送數(shù)據(jù)時(shí)在時(shí)域產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間非常短的脈沖信號,，而有線電視系統(tǒng)中發(fā)送的載波信號會(huì)受到外界噪聲和其他信號的干擾后，系統(tǒng)可用帶寬和有線網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量會(huì)受到很大影響,，UWB的短脈沖信號則不會(huì)對載波信號造成干擾,，于是在有線電視網(wǎng)絡(luò)的公共傳輸媒質(zhì)中實(shí)現(xiàn)了UWB脈沖信號與其他頻域信號的共存。

　　在有線電視網(wǎng)絡(luò)中使用UWB技術(shù)存在一個(gè)固有的問題,，即有線電視網(wǎng)絡(luò)本身的固有頻率損耗會(huì)改變UWB脈沖信號的形狀和幅度,，為了解決這個(gè)問題，可以采用預(yù)補(bǔ)償?shù)姆椒?。UWB數(shù)據(jù)進(jìn)入有線電視網(wǎng)之前先進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償,，這樣信號就容易通過同軸電纜系統(tǒng)，同時(shí),，UWB信號具有偽隨機(jī)特性,，混合光纖同軸電纜網(wǎng)的噪聲電平高于其功率譜密度，信號傳送就不會(huì)受到影響,。

　　有線電視網(wǎng)絡(luò)傳送UWB信號時(shí),，首先將數(shù)據(jù)分成視頻、音頻和數(shù)據(jù)流,，頻道調(diào)制器將每一路信號與射頻混頻同時(shí)分配一臺(tái)號,，RF信號進(jìn)入混合器后，混合器將這些信號合并為一個(gè)輸出信號,，其他的視頻數(shù)據(jù)流調(diào)制成射頻信號后同混合器輸出的普通節(jié)目混合,，然后轉(zhuǎn)換為光信號，經(jīng)過光纖傳輸,。在接收端,，系統(tǒng)將混合信號里的UWB信號提取出來，同時(shí)視頻和音頻數(shù)據(jù)被解調(diào)器解調(diào)出來,。該技術(shù)的顯著特點(diǎn)就是在現(xiàn)有有線電視網(wǎng)絡(luò)中加入U(xiǎn)WB信號調(diào)制解調(diào)器,，而無需對有線電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行較大的改變。UWB信號被擴(kuò)展到50MHz～1GHz頻段范圍內(nèi),，在任何頻率處的信號能量都能低于該頻段處的噪聲電平,。普通的有線電視系統(tǒng)或者混合光纖同軸電纜網(wǎng)一般使用的最大頻率范圍為870MHz，但系統(tǒng)仍具有1GHz左右的帶寬，這樣,，UWB窄脈沖可以在同軸電纜中可靠地傳輸,，可在相同時(shí)間內(nèi)發(fā)送更多的數(shù)據(jù)。

　　四,、應(yīng)用UWB技術(shù)的有線電視網(wǎng)絡(luò)和家庭網(wǎng)絡(luò)的連接

　　將UWB技術(shù)應(yīng)用于有線電視網(wǎng)絡(luò)中,，充分利用其技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，基本不干擾現(xiàn)有的電視頻道,，同時(shí)沒有占用或者很少占用頻道資源,。同時(shí)，UWB的多址方式,，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)量不少的并發(fā)用戶,，有線電視網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商可以充分利用